STAT3抑制劑(HO-3867)的合成工藝改進

蘇進財， 翁智兵， 周國春

(南京工業(yè)大學 藥學院，江蘇 南京　211816)

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·研究簡報·

STAT3抑制劑(HO-3867)的合成工藝改進

蘇進財， 翁智兵， 周國春*

(南京工業(yè)大學 藥學院，江蘇 南京211816)

摘要：以3,5-二溴-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮為起始原料，經(jīng)Favorskii重排和氧化反應(yīng)的一鍋法制得甲基-1-氧基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-3-羧酸甲酯(5a)；低溫下用四氫鋁鋰還原5a制得3-羥甲基-1-氧基-2,2,5,5-四甲基吡咯啉(7)； 7溴化后與芳胺發(fā)生烷基化反應(yīng)，半連續(xù)合成了STAT3抑制劑(HO-3867),總產(chǎn)率46.3%,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和HR-ESI-MS確證。

關(guān)鍵詞：HO-3867； 一鍋法合成； 半連續(xù)合成; 藥物合成; 工藝改進

通信聯(lián)系人： 周國春，教授， E-mail: gczhou@njtech.edu.cn

卵巢癌是最致命的婦科惡性腫瘤之一，目前主要通過聯(lián)用順鉑與紫杉醇進行治療[1-2]。然而，順鉑的耐藥性已成為其發(fā)揮療效的主要障礙，超過60%的患者出現(xiàn)反復發(fā)作[3-6]。

HO-3867(1)，化學名為3,5-雙(4-氟苯亞甲基)-1-[(1-氧基-2,2,5,5-四甲基吡咯啉-3-基)甲基]-哌啶-4-酮，是一種含硝酰自由基的姜黃素類似物[7-11]，主要用作STAT3抑制劑。1可通過STAT3使卵巢癌細胞的BRCA1基因突變失活，提高卵巢癌耐藥細胞對順鉑的敏感性，誘導癌細胞凋亡[12]，從而提高順鉑治療卵巢癌的療效。

文獻[13-16]報道的合成1方法為：以2，2,6,6-四甲基-4-哌啶酮(2)為原料，經(jīng)溴代，F(xiàn)acorskii，鎢酸鈉氧化，四氫鋁鋰還原等8步反應(yīng)合成。路線較長，還原反應(yīng)過程劇烈，產(chǎn)率偏低，后處理過程非常繁瑣，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

本文在以上方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一條合成1的新路線：以3,5-二溴-2,2,6,6-四甲基-4-酮(3)為起始原料，經(jīng)Favorskii重排和氧化反應(yīng)，一鍋法制得甲基-1-氧基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-3-羧酸甲酯(5a)；低溫下用四氫鋁鋰還原5a制得3-羥甲基-1-氧基- 2,2,5,5-四甲基吡咯啉(7)； 7溴化后與芳胺發(fā)生烷基化反應(yīng)，半連續(xù)合成了1(Scheme 1),總產(chǎn)率46.3%。由于1為硝酰自由基化合物，用1H NMR表征結(jié)構(gòu)時不易勻場，故先用鐵粉還原為3,5-雙(4-氟苯亞甲基)-1-[(2,2,5,5-四甲基-2,5-二氫-1H-吡咯-3-基)甲基]哌啶-4-酮(11)，再表征結(jié)構(gòu)。1的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和HR-ESI-MS確證。該路線具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間短，總產(chǎn)率較高等優(yōu)點。

Scheme 1

1實驗部分

1.1儀器與試劑

YRT-3型熔點儀(溫度未校正)；Bruker-400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Applied Biosystems Q-STAR Elite ESI-LC-MS/MS型質(zhì)譜儀。

二氯甲烷使用前經(jīng)氫化鈣蒸餾除水；THF使用前經(jīng)鈉和二苯甲酮在氮氣保護下蒸餾除水；其余所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1) 3的合成

冰浴冷卻下，在反應(yīng)瓶中加入無水乙酸40 mL和2 10 g(64.42 mmol)，攪拌使其溶解；滴加液溴20.6 g(128.8 mmol)的無水乙酸(30 mL)溶液，滴畢(約6 h)，于室溫反應(yīng)24 h。析出白色固體，抽濾，濾餅依次用無水乙酸(20 mL),水(20 mL)和乙醚(2×20 mL)洗滌，干燥3 d得白色固體3 20 g，產(chǎn)率99%。

(2) 5a的合成

冰浴冷卻下，在反應(yīng)瓶中加入無水甲醇30 mL(714 mmol)和金屬鈉2.6 g(128 mmol)，分批加入3 10 g(32 mmol)，加畢，攪拌下于室溫反應(yīng)24 h。用1 mol·L-1鹽酸32 mL中和反應(yīng)體系，加入碳酸氫鈉5.4 g和鎢酸鈉1.9 g，冰浴冷卻下滴加30%過氧化氫60 mL，滴畢，于室溫反應(yīng)96 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液，用二氯甲烷萃取，合并有機相，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥；過濾，濾餅濃縮后用石油醚重結(jié)晶得黃色固體5a 5 g，產(chǎn)率78.9 %, m.p.81.5~83.0 ℃； HR-ESI-MSm/z： 200.127 2{[M+H+H]+}， 221.102 8{[M+Na]+}。

(3) 7的合成

氮氣保護下，在反應(yīng)瓶中依次加入無水THF 20 mL和5a 3 g(15 mmol)，攪拌下于-40 ℃分批加入四氫鋁鋰690 mg，加畢，反應(yīng)24 h。依次加入乙酸乙酯20 mL，飽和硫酸鈉溶液10 mL和10%氫氧化鈉溶液10 mL，用乙酸乙酯萃取，合并有機相，依次用飽和碳酸氫鈉溶液和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥；過濾，濾液濃縮得黃色固體7 2 g，產(chǎn)率85%， m.p.112.1~115.5 ℃； ESI-MSm/z： 172.130 4{[M+H+H]+}， 364.222 0{[2M+H+Na]+}。

(4) 1的半連續(xù)合成

氮氣保護下，于0 ℃加入7 5 g(30 mmol)和無水二氯甲烷50 mL，攪拌使其溶解；加入N-溴代丁二酰亞胺(NBS)6.3 g(35 mmol)和三苯基膦7.7 g，反應(yīng)2 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液，用乙酸乙酯萃取，合并有機相，依次用飽和碳酸氫鈉溶液和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥；過濾，濾液濃縮得黃色固體9a。 9a用乙腈30 mL溶解，加入3,5-雙(4-氟苯亞甲基)哌啶-4-酮10 9.2 g(30 mmol)，碳酸鉀8.3 g，于80 ℃反應(yīng)2.5 h。加水20 mL，用乙酸乙酯萃取，合并有機相，依次用飽和碳酸氫鈉和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾；濾液濃縮后用乙酸乙酯重結(jié)晶得黃色固體1 9.4 g，產(chǎn)率69%, m.p.134.3~137.7 ℃； HR-ESI-MSm/z： 486.2{[M+Na]+}。

(5) 11的合成

在反應(yīng)瓶中加入1 100 mg(0.22 mmol)和甲醇4 mL，攪拌使其溶解；加入水1 mL，鐵粉120 mg，乙酸0.1 mL，攪拌下于80 ℃(浴溫)反應(yīng)2 h。蒸除溶劑，剩余物用乙酸乙酯萃取，合并有機相，依次用飽和碳酸氫鈉和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥;過濾，濾液濃縮，殘余物干燥得黃色固體11 78 mg，產(chǎn)率81%， m.p.160.3~163.6 ℃；1H NMRδ： 7.64(s， 2H)， 7.54(dt，J=12.8 Hz， 6.4 Hz， 4H)， 7.30(t,J=8.8 Hz， 4H)， 5.31(d,J=30.8 Hz， 1H)， 3.86~3.65(m， 4H)， 3.12(s， 2H)， 1.60(br s， 1H)， 1.04(d，J=30.6 Hz, 6H)， 0.87(s， 6H)； HR-ESI-MSm/z： 449.240 0{[M+H]+}。

2結(jié)果與討論

合成5a時，由于4a沸點較低[17]，為減少其揮發(fā)，選擇直接加入氧化劑一鍋法合成5a，產(chǎn)率較高(78.9%)。

合成7時，我們曾嘗試聯(lián)用不同的還原劑和路易斯酸對5a進行還原(Scheme 2)，結(jié)果見表1。

Scheme 2

No.還原劑(當量比)反應(yīng)時間/h反應(yīng)溫度/℃產(chǎn)率/%77a1NaBH4/LiCl(2∶2)65702.7782NaBH4/LiCl(2∶4)65703783NaBH4/ZnCl2(2∶1)1040~70NDaND4NaBH4/ZnCl2(2∶2)207040<55NaBH4/AlCl3(2∶4)167038<56NaBH4/AlCl3(2∶2)7270tracetrace7LiAlH4(1.1)24-40>85ND8LiAlH4(2.0)2425<50ND

a未檢測到

由表1可見，當NaBH4與LiCl的當量比為2 ∶2時，會生成大量雙鍵被還原的7a和少量7(No.1)。當NaBH4與ZnCl2的當量比為2 ∶2時， 7a收率<5%，但7產(chǎn)率也較低(40%, No.4)。單獨以LiAlH4為還原劑，無7a生成，7產(chǎn)率較高(>85%, No.7)。此外，我們也嘗試了用乙醇鈉作原料，合成了甲基-1-氧基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-3-羧酸乙酯(5b)，但在還原反應(yīng)時，7產(chǎn)率(80%)低于以5a為原料。

合成1時，我們研究了不同鹵代試劑和磺化試劑對1產(chǎn)率的影響(Scheme 3)，結(jié)果見表2。

Scheme 3

由表2可見，以NBS作溴代試劑，三苯基膦作磺化試劑，先合成9a，再與10發(fā)生烷基化反應(yīng)，1產(chǎn)率最高(69%, No.3)。

表2　1的合成條件優(yōu)化

3結(jié)論

設(shè)計了一條合成STAT3抑制劑(HO-3867)的新路線，該路線具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間短，總產(chǎn)率較高等優(yōu)點。

參考文獻

[1]McGuire W P, Markman M. Primary ovarian cancer chemotherapy:Current standards of care[J].Br J Cancer,2003,89:3-8.

[2]Fu S, Hu W, Iyer R,etal. Phase 1b-2a study to reverse platinum resistance through use of a hypomethylating agent,azacitidine,in patients with platinum-resistant or platinum-refractory epithelial ovarian cancer[J].Cancer,2011,117:1661-1669.

[3]Abu-Surrah A S，Kettunen M. Platinum group antitumor chemistry:Design and development of new anticancer drugs complementary to cisplatin[J].Curr Med Chem,2006,13:1337-1357.

[4]Perego P, Gatti L, Righetti S C,etal. Development of resistance to a trinuclear platinum complex in ovarian carcinoma cells[J].Int J Cancer,2003,105:617-624.

[5]Bratasz A, Weir N M, Parinandi N L,etal. Reversal to cisplatin sensitivity in recurrent human ovarian cancer cells by NCX-4016,a nitro derivative of aspirin[J].Proc Natl Acad Sci,2006,103:3914-3919.

[6]Itamochi H, Kigawa J, Terakawa N. Mechanisms of chemoresistance and poor prognosis in ovarian clear cell carcinoma[J].Cancer Sci,2008,99:653-658.

[7]Selvendiran K, Ahmed S, Dayton A,etal. HO-3867,a synthetic compound, inhibits the migration and invasion of ovarian carcinoma cells through downregulation of fatty acid synthase and focal adhesion kinase[J].Mol Cancer Res,2010,8:1188-1197.

[8]Selvendiran K, Tong L, Bratasz A,etal. Anticancer efficacy of a difluorodiarylidenyl piperidone(HO-3867) in human ovarian cancer cells and tumor xenografts[J].Mol Cancer Ther,2010,9:1169-1179.

[9]Dayton A, Selvendiran K, Meduru S,etal. Amelioration of doxorubicin-induced cardiotoxicity by an anticancer-antioxidant dual-function compound,HO-3867[J].Exp Ther,2011,339:350-357.

[10]Tierney B J, McCann G, Naidu A S,etal. Aberrantly activated pSTAT3-Ser727 in human endometrial cancer is suppressed by HO-3867,a novel STAT3 inhibitor[J].Gynecol Oncol,2014,135:133-141.

[11]Rath K S, Naidu S K, Lata P,etal. HO-3867,a safe STAT3 inhibitor, is selectively cytotoxic to ovarian cancer[J].Cancer Res,2014,74:2316-2327.

[12]Tierney B J, McCann G A, Cohn D E,etal. HO-3867,a STAT3 inhibitor induces apoptosis by inactivation of STAT3 activity in BRCA1-mutated ovarian cancer cells[J].Cancer Biol Ther,2012,13:766-775.

[13]Hatano B, Araya H, Yoshimura Y,etal. Facile synthesis of 3-methoxycarbonyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl and derivatives[J].Heterocycles,2010,81:349-356.

[14]Couet W R, Brasch R C, Sosnovsky C,etal. Influerce of chemical structure of nitroxyl spin labels on their reduction by ascorbic acid[J].Tetrahedron,1985,41:1165-1172.

[15]Schmidt M J, Borbas J, Drescher M,etal. Genetically encoded spin label for electron paramagnetic resonance distance measurements[J].J Am Chem Soc,2014,136:1238-1241.

[16]Kalás T, Kuppusamy M L, Balog M,etal. Synthesis ofN-substituted 3,5-bis(arylidene)-4-piperidones with high antitumor and antioxidant activity[J].J Med Chem,2011,54:5414-5421.

[17]Elinson M N, Dorofeev A S, Feducovich S K,etal. Indirect electrochemical oxidation of piperidin-4-ones mediated by sodium halide-base system[J].Tetrahedron,2006,62:8021-8028.

Process Improvement on Synthesis of STAT3 Inhibitor(HO-3867)

SU Jin-cai，WENG Zhi-bing，ZHOU Guo-chun*

(School of Pharmaceutical Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China)

Abstract：Methyl 1-oxyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-3-carboxylate(5a) was prepared by one-pot method of Favorskii reaction and oxidation, using 3,5-dibromo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-one as starting material. 3-Hydroxymethyl-1-oxy-2,2,5,5-tetramethyl pyrroline(7) was obtained by low temperature reduction reaction of 5a, using LiAlH4as reducing agent. HO-3867 was synthesized by semi-continuous method of alkylation reaction of brominized 7 with arylamine. The total yield was 46.3%. The structure was confirmed by1H NMR and HR-ESI-MS.

Keywords：HO-3867; one-pot synthesis; semi-continuous synthesis; drug synthesis; process improvement

作者簡介：蘇進財(1989-)，男，漢族，江蘇泰州人，碩士研究生，主要從事藥物合成的研究。E-mail: sujincai1989@163.com

基金項目：國家自然科學基金資助項目(30973621)

收稿日期：2015-08-31;

修訂日期：2015-12-17;

中圖分類號：R914.5; O621.3

文獻標志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.02.15304